福建柏(Fokienia hodginsii Henry et Thomas)为我国二类重点保护树种, 其树形优美, 主干通直, 适应性强, 木材性质优良, 是我国南方值得推广的树种。由于人为破坏, 福建柏天然纯林被毁殆尽(张炳荣, 1982)。自50、60年代, 福建省开始营造福建柏人工林, 不少已进入中成龄阶段, 成为重要的森林资源。但对其进行的研究还很少。1997年我们对安溪半林国有林场福建柏人工林的生物量及其结构进行了研究以期对福建柏人工林的研究提供基础资料也为了解福建柏人工林的生产力以对其进行合理经营提供科学依据。

1 试验地概况

试验点选在安溪半林国有林场, 属戴云山系东南延伸, 自然条件较好, 气候温和, 雨量充沛, 日照时间长, 平均气温17.4℃, 最高极温34.8℃, 最低极温-5.4℃, ≥10℃的年积温6503.7℃, 年平均日照时数2884h, 年均相对湿度81%, 年均降雨量1939.5mm, 全年无霜期344d。试验样地海拔485~610m, 立地类型为Ⅲ类, 土壤为黄红壤, 花岗岩成土母质, 经过1~2次机械间伐, 郁闭度0.6~0.8, 林下植被主要为芒萁骨(Dicranopteris dichotoma), 盖度在80%以上。

2 研究方法 2.1 样地的设置和调查

在连续坡面上, 选择不同年龄的福建柏人工林4块, 顺坡从下而上设置等距离的连续样地, 林分调查采用常规方法, 共调查生物量样本454株。各样地基本情况见表 1。

2.2 标准木选择

在全林范围内, 以径阶中值为标准, 每径阶选取1株径阶平均标准木, 伐倒进行树干解析和生物量测定。共选取标准木17株。

2.3 生物量测定(林业部科技司, 1994)

地上部分生物量的测定采用分层切割法, 分别实测各层的树干、树枝、树叶的鲜重并采样, 样品带回测定其含水率, 以将各部分鲜重换算成干重; 树皮生物量是根据解析木资料和实验室测定的单位体积树皮重量来换算。地下根系生物量的测定采用全挖法。按主根、> 2cm侧根、1~2cm侧根、0.5~1cm细根, < 0.5cm毛细根分级, 实测各部分鲜重并采集样品带回测定其含水率。

2.4 生物量模型拟合及林分估计

样品在105℃条件下烘干到恒重, 计算含水率。然后依据鲜重计算各部分干重, 将各部分干重累积得到标准木单株生物量。然后用各标准木的胸径、树高及各部分生物量实测值, 运用回归方程式W=aD^b和W=a(D² H)^b拟合生物量模型, 再用所拟合的模型估计各林分的生物量。

3 研究结果 3.1 相对生长关系的建立

运用相对生长法, 利用17株标准木的胸径、树高和单株生物量实测数据, 分别选用W=aD^b和W=a(D² H)^b两个模型进行拟合, 计算得出福建柏人工林各部分及单株生物量的回归方程(表 2)。经过F检验均为极显著相关。因此, 利用W=aD^b和W=a(D² H)^b两个模型均能很好地估计福建柏人工林的生物量, 且精度较高。

3.2 福建柏人工林生物量的空间分布(叶功富, 1996, 林鹏等, 1998)

连续坡面上福建柏人工林生物量的分布(以20年生福建柏为例)见图 1。图 1表明, 福建柏人工林生物量在坡面下部具有最大值, 随着坡位的上升, 林分及各部分生物量逐渐降低, 至120m以上(近坡面顶部)时, 林分及各部分生物量急骤下降, 120~130m坡位上的全树生物量仅为0~20m处的55%。

为了解林木各部分生物量的垂直分布规律, 我们对10、20年生平均木各部分生物量进行分层测定(表 3)。从表 3可以看出, 10龄和20龄福建柏林木树干和树皮生物量由树体下部往上逐渐明显减少, 呈宝塔形分布。10龄的林木, 其树枝生物量的90%几乎均匀分布于5.3m以下的树干上, 不到10%的枝生物量分布在5.3m以上, 而叶生物量的86%分布于树干的中上部, 即2.3~6.3m的区间内, 上、下部分布量较少; 20龄的林木, 由于自然整枝的作用, 树干1.3m以下已没有枝叶分布, 大部分的枝生物量仍分布于树干中下部1.3~7.3m的区间内, 占枝生物量的90%以上, 而89.2%的叶生物量则分布于树干中上部, 即4.3m以上, 10.8%的叶生物分布于1.3~4.3m的区间内。由此可见, 枝叶在树干上的分布并不成比例, 这可用枝/叶比来说明。由表 3可知, 对两种林龄的福建柏来说, 枝/叶比从树体下部往上呈逐渐降低的趋势, 20龄林木表现更为明显。

20年生福建柏人工林单株根系生物量为17.72kg, 其中以主根的生物量最大, 为12.71kg, 占根系生物量的71.78%, > 2cm的侧根为3.49kg, 占19.70%, < 2cm的侧根生物量则仅为根系总生物量的8.58% (表 4)。可见, 福建柏90%以上的根系用于支撑和稳定树体, 不到10%的根系用于水分和养分的吸收。

3.3 福建柏人工林生物量与年龄的关系(陈存根, 1994)

福建柏人工林生物量积累因林龄而异(表 5)。从表 5可以看出, 10龄和20龄福建柏人工林各部分生物量的大小为树干 > 树根 > 树枝 > 树叶 > 树皮, 而30龄和37龄福建柏人工林的则为树干 > 树根 > 树枝 > 树皮 > 树叶。林龄不同, 各部分生物量所占比重表现出一定的差异。10龄时, 树干所占比重在各林龄中最小, 而树枝、树皮、树叶所占比重最大。随着林龄的增大, 树干所占比重逐渐增大, 从10龄时的42.74%增至30龄的54.04%;而树皮、树叶所占比重逐渐减小, 其中以叶的减小尤为明显, 从10龄时12.46%降至30龄时的5.85%;30龄以后, 各部分生物量所占比重基本保持稳定, 但各部分生物量仍有较大幅度的增加, 37龄时树干、树枝、树皮、树叶和树根生物量分别是30龄时的1.36、1.31、1.31、1.25和1.33倍。可见, 30龄前, 随着林龄的增大, 福建柏人工林的光合产物用于树干建成的比率逐渐增加, 而用于枝、叶、皮等器官的比率逐步减少, 30龄后, 这一比率基本趋于稳定。

根在各个林龄阶段均具有大致相同的比例, 为20%略强。表明根系在各个生长时期具有同等的生长速率, 根系在林木生长过程中占有重要地位。

3.4 不同林龄福建柏人工林生物量的径阶分配(翟保国, 1998)

本研究福建柏尽管为人工林, 但各林木个体由于自身的遗传特性和所处局部环境条件的不同, 胸径生长产生了一定差异(图 2), 这种差异造成生物量的不同(图 3)。从图 2、图 3可以看出, 3种林龄的福建柏林分生物量径阶分配均呈偏右正态分布, 生物量最大值出现的径阶, 10龄林分为10径阶, 20龄林分为16径阶, 30龄林分为26径阶, 均比各林龄林分相应株数峰值出现的径阶高, 且相差一个径阶。这是由株数的径阶分布和各径阶单株生物量的大小决定的。

4 结论与讨论

用W=αD^b与W=α(D² H)^b均能很好地估计福建柏人工林生物量。由于胸径较树高测量方便, 度量精确, 因此我们建议在生产实践中运用W=αD^b模型来估计福建柏人工林的生物量。

连续坡面上福建柏人工林生物量的分布规律表明, 在研究区内的坡面顶部立地上福建柏生长最差, 生物量最小, 全树生物量仅为坡面下部0~20m处的55%, 因此, 尽管福建柏适应性强, 较杉木等树种耐瘠薄, 但在土层薄、土壤贫瘠的坡面顶部立地上对其生长不利, 不宜栽培。

各林龄的树干和树皮生物量从树体下部往上逐渐明显减小呈宝塔形分布枝叶生物量在树体上的分布并不成比例, 枝/叶比从树体下部往上逐渐降低。据此, 我们建议在福建柏的经营中, 应适时地打去下部枝/叶比较大的枝条。这样, 不仅可以节省用于该部分枝条生长的养分, 同时也不会对叶量产生较大的影响, 而且还有利于培养无节或少节良材。

福建柏人工林生物量积累因林龄而异。10龄和20龄福建柏人工林各部分生物量的大小为树干 > 树根 > 树枝 > 树叶 > 树皮, 而30龄和37龄福建柏人工林的则为树干 > 树根 > 树枝 > 树皮 > 树叶。林龄不同, 各部分生物量所占比重表现出一定的差异。30龄前, 随着林龄的增大, 树干生物量所占比重逐渐增大, 而树皮、树叶和树枝所占比重逐渐减小, 其中以叶的减小尤为明显; 30龄以后, 各部分生物量所占比重基本保持稳定。根在各个林龄阶段均具有大致相同的比例, 为20%略强。

不同林龄福建柏人工林生物量的径阶分配均呈偏右正态分布, 生物量最大值出现的径阶都大于相应株数峰值出现的径阶, 且相差一个径阶。由此可见, 按一定株行距建立的福建柏人工林分经过1~2次适时的机械间伐, 对林分径阶株数的分布影响很小, 仍能遵循一般的分布规律, 而且还使生物量的峰值推后一个径阶, 至今37年生的人工林仍呈现勃勃生机。因此, 对福建柏人工林实施集约度较高的经营管理, 不仅能满足福建柏人工林生长时期对营养空间的需求, 而且还会对培育福建柏人工林大径材起着重要的作用。